Наступне покоління бездротових технологій пов’язане з проблемами, але це не сповільнило темп.
Ця технологія може похвалитися дуже високою швидкістю передачі даних, набагато нижчою затримкою, ніж 4G LTE, і здатністю обробляти значно збільшену щільність пристроїв на стільниковий вузол.Коротше кажучи, це найкраща технологія для обробки потоку даних, створених автомобільними датчиками, пристроями Інтернету речей і, все частіше, електронікою нового покоління.
Рушійною силою цієї технології є новий радіоінтерфейс, який дозволить операторам мобільних мереж досягти більшої ефективності за аналогічного розподілу спектру.Нова мережева ієрархія спростить роботу з сегментованими мережами 5G, дозволяючи динамічно розподіляти кілька типів трафіку на основі конкретних потреб трафіку.
«Йдеться про пропускну здатність і затримку», — сказав Майкл Томпсон, архітектор радіочастотних рішень у Cadence Custom ICs and PCBs Group.«Як швидко я можу отримати великий обсяг даних?Ще одна перевага полягає в тому, що це динамічна система, тому вона позбавляє мене від проблем з підключенням цілого каналу або кількох каналів пропускної здатності.Це схоже на пропускну здатність за запитом, залежно від програми.Це те, що.Таким чином, він більш гнучкий, ніж стандарт попереднього покоління.Крім того, його потужність значно вища».
Це відкриває нові можливості застосування в повсякденному житті, на спортивних змаганнях, у промисловості та на транспорті.«Якщо я розмістю в літаку достатньо датчиків, я зможу ним керувати, а за допомогою таких програм, як машинне навчання, він почне розуміти, коли частину, систему чи процес потрібно відремонтувати або замінити», — сказав Томпсон.«Тож через країну летить літак, який має приземлитися в Ла-Гуардії.Почекай, прийде хтось і замінить.Це стосується дуже великого землерийного обладнання та гірничого обладнання, де система піклується сама про себе.Ви хочете запобігти виходу з ладу обладнання вартістю багато мільйонів доларів, щоб вони не сиділи там, чекаючи, поки надійдуть деталі. Ви отримуватимете дані від тисяч цих пристроїв одночасно. Це вимагає великої пропускної здатності і низька затримка для швидкого отримання інформації. Якщо вам потрібно повернутись і надіслати щось назад, ви також можете надіслати це дуже швидко».
Одна технологія, кілька реалізацій Термін 5G сьогодні використовується по-різному.У найзагальнішому вигляді це еволюція стільникової бездротової технології, яка дозволить керувати новими послугами через стандартний повітряний інтерфейс, пояснив Колін Александер, директор із бездротового маркетингу інфраструктурного бізнесу Arm.«Кілька існуючих і нових частот буде виділено для передачі трафіку від менше 1 ГГц на великі відстані, приміського та ширшого покриття, а також трафіку міліметрових хвиль від 26 до 60 ГГц для нових випадків використання з високою пропускною здатністю та малою затримкою».
Альянс мобільних мереж наступного покоління (NGMN) та інші розробили нотацію, яка відображає варіанти використання в трьох точках трикутника: один кут для розширеного мобільного широкосмугового зв’язку, інший для наднадійного зв’язку з низькою затримкою (URLLC).Тип комунікаційної машини.Кожному з них для своїх потреб потрібен зовсім інший тип мережі.
«Це призводить до ще однієї вимоги до 5G, вимоги визначення базової мережі», — сказав Александр.«Основна мережа буде ефективно масштабувати всі ці різні типи трафіку».
Він зазначив, що оператори мобільних мереж працюють над забезпеченням найбільш гнучкого оновлення та розширення своїх мереж, використовуючи віртуалізовані та контейнерні реалізації програмного забезпечення, що працюють на стандартному обчислювальному обладнанні в хмарі.
Що стосується типів трафіку URLLC, цими програмами тепер можна керувати з хмари.Але для цього потрібно перемістити деякі елементи керування та функції користувача ближче до межі мережі, до повітряного інтерфейсу.Наприклад, розглянемо інтелектуальних роботів на заводах, яким потрібні мережі з низькою затримкою з міркувань безпеки та ефективності.Для цього знадобляться периферійні обчислювальні блоки, кожен з яких має можливості обчислення, зберігання, прискорення та машинного навчання, і що деякі, але не всі сервіси V2X і автомобільні додатки матимуть подібні вимоги, говорить Олександр.
«У випадках, коли потрібна низька затримка, обробку можна знову перенести на межу для обчислення та передачі рішень V2X.Якщо програма більше стосується управління ресурсами, такими як паркування чи відстеження виробника, обчислення можуть бути масовими хмарними обчисленнями».на пристрої», – сказав він.
Проектування для 5G Для інженерів-конструкторів, яким доручено розробляти мікросхеми 5G, у головоломці є багато рухомих частин, кожна з яких має свій набір міркувань.Наприклад, на базових станціях однією з головних проблем є енергоспоживання.
«Більшість базових станцій розроблено з передовими вузлами ASIC і FPGA», — сказав Джефф Тейт, генеральний директор Flex Logix.«Наразі вони розроблені з використанням SerDes, які споживають багато енергії та займають багато місця.Якщо ви можете вбудувати можливість програмування в ASIC, ви можете зменшити споживання електроенергії та площу, тому що вам не потрібні SerDes для швидкої роботи поза чіпом, і у вас є більша пропускна здатність між програмованою логікою, а ASIC Intel робить це, вставляючи свої Xeon і Altera FPGA в той самий пакет Тож ви отримуєте у 100 разів більшу пропускну здатність Цікаві речі про базові станції Спочатку ви розробляєте технологію, а потім можете продавати та використовувати її по всьому світу.За допомогою мобільного телефону ви можете створювати різні версії для різних країн».
Вимоги відрізняються для пристроїв, розгорнутих у базовій мережі та в хмарі.Однією з ключових міркувань є архітектура, яка полегшує керування програмним забезпеченням і легко переносить варіанти використання на пристрої.
«Екосистема стандартів для обробки віртуалізованих контейнерних сервісів, таких як OPNFV (відкрита платформа для віртуалізації мережевих функцій), є дуже важливою», — сказав Олександр Арм.«Управління взаємодією між елементами мережі та трафіком між пристроями за допомогою оркестровки сервісів також буде ключовим.Прикладом є ONAP (платформа автоматизації відкритої мережі).Енергоспоживання та ефективність пристрою також є ключовими параметрами дизайну».
На межі мережі вимоги включають низьку затримку, високу пропускну здатність на рівні користувача та низьке енергоспоживання.
«Прискорювачі повинні бути в змозі легко підтримувати багато різних обчислювальних вимог, які не завжди найкраще обробляються центральним процесором загального призначення», — сказав Александр.Здатність до масштабування дуже важлива.Підтримка архітектури, яка може легко масштабуватися між ASIC, ASSP і FPGA, також важлива, оскільки периферійні обчислення будуть розподілені в мережах будь-якого розміру та на будь-якому пристрої.Також важлива масштабованість програмного забезпечення».
5G також може спричинити зміни в архітектурі чіпсета, особливо там, де розташовані радіостанції.Рон Лоумен сказав, що хоча аналогові інтерфейси рішень LTE розміщуються на радіо, процесорі або повністю інтегровані, коли команди дизайнерів переходять на нові технології, ці інтерфейси зазвичай спочатку виходять із чіпа, а потім повертаються на нього. .у міру розвитку технологій Він, менеджер зі стратегічного маркетингу Synopsys IoT.
«Очікується, що з появою 5G кілька радіостанцій, більш просунуті технології та швидші, більш просунуті технологічні вузли, такі як 12 нм і вище, відіграватимуть значну роль в інтегрованих компонентах», – сказав Лоуман.«Це вимагає, щоб перетворювачі даних, які надходять в аналоговий інтерфейс, могли обробляти гігасемпли в секунду.Також завжди важлива висока надійність.Такі фактори, як відкритий спектр і використання Wi-Fi, роблять це набагато складнішим, ніж це було в минулому.Спроба впоратися з усім цим нелегка, і машинне навчання та штучний інтелект цілком підходять для виконання частини важкої роботи.Це, у свою чергу, впливає на архітектуру, оскільки навантажує не лише обробку, а й пам’ять».
Томпсон з Cadence погоджується.«Коли ми розробляємо 5G або IoT для вищих стандартів 802.11 і навіть деяких міркувань ADAS, ми намагаємося зменшити енергоспоживання, бути дешевшими, бути меншими та підвищити продуктивність за рахунок переходу на менші вузли.Порівняйте це з вашою сумішшю занепокоєнь, яка спостерігається в Російській Федерації», – сказав він.«Якщо вузли стають меншими, IC стають меншими.Для того, щоб мікросхема повною мірою використовувала переваги свого меншого розміру, вона повинна бути в меншій упаковці.Є поштовх до того, щоб речі були меншими та компактнішими, але це не дуже добре».для дизайну РФ».«…у симуляції я не дуже турбуюся про вплив схеми на розподіл.Якщо у мене є шматок металу, він може виглядати трохи як резистор, але він виглядає як резистор на всіх частотах.Якщо це радіочастотний ефект, то це лінія передачі, вона виглядатиме по-різному залежно від того, яку частоту я надсилаю по ній. Ці поля запускатимуться в інших частинах ланцюга. Тепер я зібрав усе ближче одне до одного та коли це робить, ступінь з’єднання експоненціально зростає. Коли я досягаю менших вузлів, ці ефекти зв’язку стають більш вираженими, що також означає, що напруга зсуву менша. Отже, шум є великим ефектом, тому що я не зміщую пристрій. нижча напруга, той самий рівень шуму має більший ефект. Багато з цих проблем присутні на системному рівні в 5G».
Нова увага до надійності Надійність набула нового значення в бездротових комунікаціях, оскільки ці мікросхеми використовуються в автомобільній, промисловій та медичній сферах.Зазвичай це не стосується бездротового зв’язку, де збої з’єднання, зниження продуктивності чи будь-яка інша проблема, яка може порушити роботу служби, зазвичай сприймається як незручність, а не проблема безпеки.
«Нам потрібно знайти нові способи перевірити надійність роботи мікросхем функціональної безпеки», — сказав Роланд Янке, керівник відділу методів проектування Fraunhofer EAS.«Як індустрія, ми ще не там.Зараз ми намагаємося структурувати процес розробки.Нам потрібно дивитися на те, як взаємодіють частини та інструменти, і ми маємо багато роботи, щоб забезпечити узгодженість».
Янке зазначив, що наразі більшість проблем були пов’язані з однією помилкою в конструкції.«А якщо є два-три баги?Верифікатор повинен сказати дизайнеру, що може піти не так і де є помилки, а потім повернути їх назад під час процесу проектування».
Це стало великою проблемою на багатьох критично важливих ринках безпеки, і великою проблемою бездротового зв’язку та автомобільної промисловості є постійно зростаюча кількість змінних з обох сторін.«Деякі з них повинні бути розроблені так, щоб вони завжди були ввімкнені», — каже Олівер Кінг, технічний директор Moortec.«Моделювання наперед може передбачити, як речі будуть використовуватися.Важко передбачити.Потрібен час, щоб побачити, як все працює».
Потрібна сільська мережа.Проте багато компаній вважають, що 5G має достатньо переваг, щоб виправдати зусилля зі створення інфраструктури, необхідної для того, щоб усе це працювало.
Магді Абадір, віце-президент із маркетингу Helic, сказав, що найбільшою різницею з 5G буде запропонована швидкість передачі даних.«5G може працювати на швидкості від 10 до 20 гігабіт на секунду.Інфраструктура повинна підтримувати тип швидкості передачі даних, а чіпи повинні обробляти ці вхідні дані.Для приймачів і передавачів у смугах понад 100 ГБ частоту також слід брати до уваги.У Російській Федерації вони звикли до частоти 70 ГГц для радарів і тому подібного».
Створення такої інфраструктури є складним завданням, яке охоплює кілька ланок ланцюга постачання електроніки.
«Магія, про яку говорять, щоб це сталося, полягає в спробі зробити більшу інтеграцію на стороні РФ SoC», — сказав Абадір.Інтеграція з аналоговими компонентами АЦП і ЦАП з дуже високою частотою дискретизації.Усе має бути інтегровано в одну SoC.Ми бачили інтеграцію та обговорювали проблеми інтеграції, але це все перебільшує, оскільки ставить високу мету та змушує розробників інтегрувати навіть більше, ніж вважалося раніше.Дуже важко ізолювати все і не впливати на сусідні схеми».
З цієї точки зору 2G — це в першу чергу передача голосу, тоді як 3G і 4G — це більше передача даних і ефективніша підтримка.Навпаки, 5G являє собою поширення різних пристроїв, різних послуг і збільшену пропускну здатність.
«Нові моделі використання, такі як розширене мобільне широкосмугове з’єднання та з’єднання з низькою затримкою, вимагають збільшення пропускної здатності в 10 разів», — сказав Майк Фіттон, спеціаліст зі стратегічного планування та розвитку бізнесу Achronix.«Крім того, очікується, що 5G стане дуже важливим для V2X, особливо для наступного покоління 5G.5G Release 16 матиме URLLC, що дуже важливо для програм V2X.Додаток мережевого типу.
Планування невизначеного майбутнього 5G часто розглядається як серія найвищих показників із збільшенням пропускної здатності в 10 разів, затримкою в 5 разів і збільшенням кількості пристроїв у 5-10 разів.Це ускладнюється тим, що чорнило в специфікаціях 5G не дуже сухі.Завжди є пізні доповнення, які вимагають гнучкості та перетворюються на програмованість.
«Якщо взяти до уваги дві великі потреби апаратного каналу передачі даних через високу пропускну здатність і потребу в гнучкості, це означає, що вам, ймовірно, знадобиться якась спеціальна SoC або ASIC, яка має більше можливостей програмування між апаратним і програмним забезпеченням.…якщо ви подивитеся на кожну сучасну платформу 5G, усі вони засновані на FPGA, тому що ви просто не бачите пропускної здатності.У якийсь момент усі основні бездротові OEM-виробники, ймовірно, перейдуть на більш економічну та оптимізовану потужність програмного забезпечення ASIC, але потрібна гнучкість і стимул для зниження вартості та енергоспоживання.Йдеться про збереження гнучкості там, де це потрібно (у FPGA або вбудованих FPGA), а потім додавання функціональності, де це можливо, для досягнення найнижчої вартості та енергоспоживання».
Tate з Flex Logix погоджується.«На цій території працює понад 100 компаній.Спектр інший, протокол інший, і чіпи, що використовуються, інші.Мікросхема ретранслятора буде більш обмеженою в потужності на стінах будівлі, де може бути місце, де eFPGA є більш цінним».
Пов’язані історії Кам’яниста дорога до 5G Як далеко зайде ця нова бездротова технологія та які проблеми ще потрібно подолати?Тестування бездротового зв’язку стикається з новими викликами Поява 5G та інших нових бездротових технологій робить тестування ще складнішим.Тестування бездротового зв’язку є одним із можливих рішень.Tech Talk: що 5G, новий бездротовий стандарт, означає для індустрії технологій і які виклики чекають попереду.Починається гонка тестового обладнання 5G. Наступне покоління бездротової технології все ще знаходиться в розробці, але постачальники обладнання готові тестувати 5G у пілотному розгортанні.
Галузь досягла прогресу в розумінні того, як старіння впливає на надійність, але більше змінних ускладнює це виправлення.
Група досліджує потенціал 2D-матеріалів, 1000-шарової пам’яті NAND і нових способів найму талантів.
Неоднорідна інтеграція та збільшення щільності в інтерфейсних вузлах створюють деякі складні та страшні проблеми для виробництва та упаковки IC.
Перевірка процесора набагато складніша, ніж ASIC порівнянного розміру, а процесори RISC-V додають ще один рівень складності.
127 стартапів залучили 2,6 мільярда доларів, причому значні кошти були зібрані завдяки підключенню до центру обробки даних, квантовим обчисленням і акумуляторам.
Галузь досягла прогресу в розумінні того, як старіння впливає на надійність, але більше змінних ускладнює це виправлення.
Неоднорідні конструкції, температурна невідповідність у різних випадках використання можуть впливати на все, від прискореного старіння до деформації та відмови системи.
Новий стандарт пам'яті додає значні переваги, але він все ще дорогий і складний у використанні.Це може змінитися.
Час публікації: 16 березня 2023 р